
Квантово-каскадные лазеры: исследования в области оптики
Современная лазерная оптика стоит на пороге значительных достижений благодаря исследованиям в области квантово-каскадных лазеров (ККЛ). В недавнем исследовании ученые изучили, как генерировать короткие лазерные импульсы с помощью когерентной синхронизации мод в ККЛ с быстрым временем релаксации. Это открытие может привести к новым возможностям в сверхбыстрой оптике, обеспечивая более надежные и мощные лазеры для различных приложений.
Потенциал квантово-каскадных лазеров и их применение
ККЛ – это уникальные полупроводниковые лазеры, предназначенные для излучения в средней и дальней инфракрасной области спектра. Первоначально разработанные Джеромом Фаистом и его коллегами в 1994 году, они работают на принципе однополярного излучения, что отличает их от традиционных полупроводниковых лазеров, использующих рекомбинацию электронно-дырочных пар. Это свойство делает ККЛ отличным выбором для применения в областях, таких как оптическая спектроскопия, метрология и особенно терагерцовая спектроскопия, позволяя исследовать свойства материалов и динамику зарядов с невероятной точностью.
Модель двухсекционного лазера: шаг к синхронизации мод
В книге результатов исследования, опубликованной в журнале Applied Physics B, исследователи представили математическую модель двухсекционного лазера, состоящего из секций с усиливающей и поглощающей средами. Такой лазер может работать в режиме пассивной синхронизации мод, что позволяет генерировать ультракороткие импульсы без необходимости в дополнительном контроле.
Ключевым моментом в процессе генерации лазерных импульсов является явление самоиндуцированной прозрачности – процесс, при котором материал временно становится прозрачным для света благодаря оптическому возбуждению. Это явление создает уникальные возможности для создания коротких импульсов, и важную роль играет время, необходимое системе для восстановления первобытного состояния после внешнего воздействия.
Технология создания квантово-каскадных лазеров
Создание ККЛ начинается с разработки сверхрешетки в оптическом волноводе, что помогает направить свет в коллимированный пучок и построить лазерный резонатор таким образом, чтобы излучение могло быть переадресовано обратно в активную среду. При этом используются два типа оптических волноводов: гребневые и глубинные гетероструктуры.
Гребневые волноводы создаются за счет травления параллельных канавок в материале ККЛ, что формирует узкие полосы, сохраняющие ток и обеспечивающие активную среду для излучения. Весь гребень обычно покрывается золотом для обеспечения электрических контактов и отвода тепла.
Глубинные гетероструктуры, в свою очередь, представляют собой более сложное решение, где новый полупроводниковый материал выращивается поверх уже существующего, создавая необходимые условия для формирования волновода. Эти конструкции эффективны в отводе тепла и поддержании стабильной работы лазера.
Будущее сверхбыстрой оптики
Успех в разработке методов генерации коротких импульсов с помощью когерентной синхронизации мод открывает новые горизонты для применения квантово-каскадных лазеров в области сверхбыстрой оптики. Они могут совершить революцию в области спектроскопии и метрологии, обеспечивая более высокую продуктивность и точность для исследований и технологий.
С каждым новым шагом в развитии ККЛ, исследователи приближаются к созданию более эффективных и мощных инструментов для научных открытий, что может значительно укрепить позиции научной сообщества в глобальном научном пространстве. Работы, подобные этим, служат основой для будущих прорывов, открывающих нашу способность изучать и понимать мир на более глубоком уровне.
Потенциал квантово-каскадных лазеров и их применение
ККЛ – это уникальные полупроводниковые лазеры, предназначенные для излучения в средней и дальней инфракрасной области спектра. Первоначально разработанные Джеромом Фаистом и его коллегами в 1994 году, они работают на принципе однополярного излучения, что отличает их от традиционных полупроводниковых лазеров, использующих рекомбинацию электронно-дырочных пар. Это свойство делает ККЛ отличным выбором для применения в областях, таких как оптическая спектроскопия, метрология и особенно терагерцовая спектроскопия, позволяя исследовать свойства материалов и динамику зарядов с невероятной точностью.
Модель двухсекционного лазера: шаг к синхронизации мод
В книге результатов исследования, опубликованной в журнале Applied Physics B, исследователи представили математическую модель двухсекционного лазера, состоящего из секций с усиливающей и поглощающей средами. Такой лазер может работать в режиме пассивной синхронизации мод, что позволяет генерировать ультракороткие импульсы без необходимости в дополнительном контроле.
Ключевым моментом в процессе генерации лазерных импульсов является явление самоиндуцированной прозрачности – процесс, при котором материал временно становится прозрачным для света благодаря оптическому возбуждению. Это явление создает уникальные возможности для создания коротких импульсов, и важную роль играет время, необходимое системе для восстановления первобытного состояния после внешнего воздействия.
Технология создания квантово-каскадных лазеров
Создание ККЛ начинается с разработки сверхрешетки в оптическом волноводе, что помогает направить свет в коллимированный пучок и построить лазерный резонатор таким образом, чтобы излучение могло быть переадресовано обратно в активную среду. При этом используются два типа оптических волноводов: гребневые и глубинные гетероструктуры.
Гребневые волноводы создаются за счет травления параллельных канавок в материале ККЛ, что формирует узкие полосы, сохраняющие ток и обеспечивающие активную среду для излучения. Весь гребень обычно покрывается золотом для обеспечения электрических контактов и отвода тепла.
Глубинные гетероструктуры, в свою очередь, представляют собой более сложное решение, где новый полупроводниковый материал выращивается поверх уже существующего, создавая необходимые условия для формирования волновода. Эти конструкции эффективны в отводе тепла и поддержании стабильной работы лазера.
Будущее сверхбыстрой оптики
Успех в разработке методов генерации коротких импульсов с помощью когерентной синхронизации мод открывает новые горизонты для применения квантово-каскадных лазеров в области сверхбыстрой оптики. Они могут совершить революцию в области спектроскопии и метрологии, обеспечивая более высокую продуктивность и точность для исследований и технологий.
С каждым новым шагом в развитии ККЛ, исследователи приближаются к созданию более эффективных и мощных инструментов для научных открытий, что может значительно укрепить позиции научной сообщества в глобальном научном пространстве. Работы, подобные этим, служат основой для будущих прорывов, открывающих нашу способность изучать и понимать мир на более глубоком уровне.
- Павел Журавлев
- pxhere.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Обмеление Каспия: экстравагантные проекты Казахстана и Азербайджана
Казахстан официально обратился к Российской Федерации с призывом ограничить водохозяйственное вмешательство в бассейне реки Волги, которая обеспечивает более...

Отобранная у «Газпрома» компания купит каспийский газ для Германии
Немецкая SEFE заключила 10-летний контракт на поставку газа с азербайджанской госкомпанией Socar. Первые кубометры ожидают в этом году. Полученные средства...

100 000 уволенных, на очереди 70 000: Германия уже страна-банкрот
Продолжающийся экономический кризис в Германии за год лишил промышленность страны более 100 000 рабочих мест. По данным агентства dpa, больше всего пострадал...

«Уральские локомотивы» возводят комплекс по выпуску высокоскоростных поездов
На территории завода «Уральские локомотивы», расположенного в Верхней Пышме (Свердловская область), активно реализуется амбициозный проект, инициированный...

Катастрофа в пищевой отрасли: в РФ рухнуло производство базовых продуктов
В России отмечен заметный спад в пищевой промышленности. За первые месяцы текущего года зафиксировано сокращение объёмов производства базовых продуктов....

У Sony появился конкурент — Красногорск утер нос Токио
Западные эксперты утверждали, что в области производства объективов догнать японцев невозможно, но у русских получилось...

Долги списать, конторы закрыть: россиянам приготовили приятный сюрприз
В Госдуме предложили полностью избавиться от микрофинансовых организаций. Должникам МФО могут простить невыплату средств....

Во имя чего в Тихом океане горят 3000 жертв зеленого безумия
Человечество скачет на литиевой бомбе, прекрасно зная — рванет так, что мало не покажется...

Пенсий не будет?
В Госдуме вновь заговорили о повышении пенсионного возраста. На этот раз до 70 лет. К такому решению государство подталкивает провал демографической политики....

Российские гипермаркеты сокращают свои площади
В первом квартале 2025 года российский рынок ретейла переживает значительные изменения. Согласно отчету Infoline, общая площадь гипермаркетов, принадлежащих...

Российское зерно теряет в стоимости: анализ текущей обстановки
В последние недели ситуация на российском рынке зерна характеризуется значительным падением цен. Согласно информации аналитической фирмы «Совэкон», закупочные...

Мигрант, давай до свидания: в РФ предложили способ заменить дешевую рабсилу
На «Форуме будущего — 2050» прозвучала неожиданная инициатива от православного олигарха Константина Малофеева по замене труда мигрантов в России. Не менее...

Украина полным ходом готовится к отмене пенсий и социальных выплат
На Украине идёт подготовка к отказу от существующих пенсионной и социальной системы, вместо гарантированных пенсий и социальных выплат будет установлено некое...

Резервы ФНБ на исходе: тайные проекты «съели» миллиарды из «кубышки»
Фонд национального благосостояния России в ближайшее время может оказаться полностью израсходованным. Государственные проекты и «секретные направления»...

Российский сжиженный природный газ добрался до Вьетнама
Вьетнам 6 июня 2023 года вступил в новую эру энергетического сотрудничества с Россией, начав импорт сжиженного природного газа (СПГ) из РФ. Танкер Blue Dragon...

Лучше любой МКС: Роскосмос анонсировал первую в мире АЭС на Луне
Изучение Венеры, строительство атомной электростанции на Луне и создание новой орбитальной станции – «Роскосмос» обнародовал эти и другие амбициозные планы....